脉动热管内脉动流动和传热的理论研究

发布时间：2017-10-09 01:24

  本文关键词：脉动热管内脉动流动和传热的理论研究

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【摘要】：脉动热管是一种结构简单,成本廉价且性能高效的传热装置。然而其传热过程涉及气液两相传热,机理复杂,以至于到目前的理论研究仍未全面地解释其机理,对实验中的现象不能完全解释,从而不能对实际应用进行有效的理论指导和设计。 本文研究了微型圆管内被施以不同周期性压力波的振荡流体的传热性能,以确定振荡压力是如何影响流体流动和传热性能的。本文以微型圆管内的液柱为研究对象,以圆管外壁施加恒定热通量、驱动压力梯度随时间呈周期性变化作为前提条件,对不可压缩的脉动流体在压力波为正弦波和三角波的情况展开研究。对两种波形下传热性能变化进行理论分析,求解其解析解,从数学上精确刻画两种波形对传热性能的影响,明确其影响因素,从而从理论上回答流体的脉动是提高传热还是降低传热的难题。同时,基于压力波在气相和液相的传播速度不同的事实,探索充液率影响OHP中振荡运动产生的数学模型,从理论上回答充液率上限和OHP最小启动功率的问题。 通过研究所获得的解析解发现,流体的脉动对传热的影响,取决于流动流体本身特性参数：脉动频率,ω*,脉动压力的振幅,γ,和普朗特数Pr以及波形。对于微圆管内的层流脉动流动,给定适当的振荡压力可以提高传热系数。外部施加的振荡周期对流体传热特性的影响在低频下比高频下更强。三角波压力下和正弦波压力下的努塞尔数的分析和对比则表明,在低频下,三角波动对强化传热更具影响力,更容易达到强化传热的目的。随着无量纲脉动频率ω*的增长,波形对强化传热的影响逐渐减弱。此外,充液率影响0HP中振荡运动产生的数学模型更表明,在0HP内流体开始发生振荡运动所需的能量取决于充液率。当充液率增加时,需要增加热能输入以激发振荡运动；充液率存在上限且该上限依赖于工作流体的性质。
【关键词】：脉动热管 正弦波 三角波 强化传热 充液率极限
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.7;TK124
【目录】：

• 创新点摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-37
• 1.1 研究背景及其意义11-12
• 1.2 脉动热管的研究现状12-35
• 1.2.1 脉动热管的实验研究现状13-27
• 1.2.2 脉动热管的理论研究现状27-35
• 1.3 本文研究方向、内容与方法35-37
• 1.3.1 本文研究方向35
• 1.3.2 本文研究内容35-36
• 1.3.3 本文研究方法36-37
• 第2章 微型圆管内液柱层流正弦脉动的传热性能理论研究37-59
• 2.1 数值模拟与解析求解38-39
• 2.2 物理模型的建立39-40
• 2.3 数学模型的求解40-48
• 2.4 模型分析与讨论48-58
• 2.4.1 模型分析48-50
• 2.4.2 模型讨论50-58
• 2.5 本章小结58-59
• 第3章 微型圆管内液柱层流三角波脉动的传热性能理论研究59-85
• 3.1 物理模型的建立59-60
• 3.2 数学模型的求解60-68
• 3.3 模型分析与讨论68-75
• 3.3.1 模型分析68-69
• 3.3.2 模型讨论69-75
• 3.4 正弦波脉动与三角波脉动的传热性能对比研究75-83
• 3.4.1 低频波动下脉动传热对比分析75-80
• 3.4.2 高频波动下脉动传热对比分析80-83
• 3.5 本章小结83-85
• 第4章 脉动热管启动功率与充液率的理论研究85-97
• 4.1 物理模型的建立86-87
• 4.2 数学模型的求解87-91
• 4.3 模型分析与讨论91-95
• 4.4 本章小结95-97
• 第5章 结论与展望97-99
• 5.1 结论97-98
• 5.2 展望98-99
• 参考文献99-108
• 附录108-110
• 攻读学位期间公开发表论文110-111
• 致谢111-112
• 作者简介112

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：997390